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14. Symposium Energieinnovation, 10.-12.02.2016, Graz/Austria Seite 1 von 12 ECOP ROTATIONSWÄRMEPUMPE AUF BASIS EINES JOULE PROZESSES Bernhard Adler, Rainer Mauthner ECOP Technologies GmbH, Hafenstraße 47-51, 4020 Linz, +43(0)1-86 510 62, [email protected], www.ecop.at Kurzfassung : Die Rotationswärmepumpe eröffnet Einsatzmöglichkeiten für Wärmepumpen, bei denen herkömmliche Kompressionswärmepumpen oft nicht mehr wirtschaftlich betrieben werden können. Innerhalb der Rotationswärmepumpe (oder auch Rotation Heat Pump) strömt ein links laufender Joule Prozess, bei dem Verdichtung und Expansion mit mehr als 99% Wirkungsgrad umgesetzt werden. Es wird innerhalb der Maschine eine relativ große Leistung (in der Größenordnung der Wärmeleistung) zwischen Expansion und Verdichtung transportiert, weshalb die wirtschaftliche Anwendung dieser Art einer Wärmepumpe, erst durch diese hocheffiziente Umsetzung eröffnet wird. Dadurch ist nun ein neuer Wärmepumpenprozess für die Anwendung in der Industrie verfügbar, der eine effizientere Umsetzung ermöglicht. Keywords: Rotationswärmepumpe, Industrie, Hochtemperaturwärmepumpe, Ecop Einleitung Wärmepumpen werden seit geraumer Zeit als Raumheizung eingesetzt. Durch größere Heizflächen(Fußboden, Wandheizung) wurden die Vorlauftemperaturen verringert und somit für den Einsatz von Wärmepumpen interessant. Wesentlich für eine ökonomische Anwendung einer herkömmlichen Wärmepumpe ist eine geringe Temperaturdifferenz zwischen Quelle und Senke (physikalische Ursache) aber auch ein geringes Temperaturniveau welches bisher durch das Kältemittel vorgegeben ist. In der Industrie wird Wärme nicht nur zum Heizen der Räumlichkeiten benötigt, sondern auch für unterschiedliche Prozesse, welche oftmals höhere Temperaturen benötigen. Für diesen Anwendungsbereich ist eine herkömmliche Kompressionswärmepumpe nicht effizient verwendbar. Für diesen Bereich hat ECOP die Rotation-Heat-Pump (RHP) entwickelt, welche einerseits die hohen Temperaturen (bis 150°C) als auch die notwendige Charakteristik bei der Wärmeübertragung bietet. Das breite universelle Anwendungsgebiet liegt in dem, innerhalb der Rotation Heat Pump umgesetzten, links laufenden Joule Prozess begründet. Dieser Prozess wird bisher rechtslaufend in Gasturbinen oder Flugzeugtriebwerken angewendet. Funktionsweise Wie bereits erwähnt handelt es sich bei dem Kreisprozess um einen linksläufigen Joule Prozess oder auch Brayton Prozess genannt, welcher vereinfacht bei der RHP innerhalb eines Rotors in fünf einzelne Prozessschritte unterteilt werden kann.

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14. Symposium Energieinnovation, 10.-12.02.2016, Graz/Austria

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ECOP ROTATIONSWÄRMEPUMPE AUF BASIS

EINES JOULE PROZESSES

Bernhard Adler, Rainer Mauthner

ECOP Technologies GmbH, Hafenstraße 47-51, 4020 Linz, +43(0)1-86 510 62, [email protected], www.ecop.at

Kurzfassung: Die Rotationswärmepumpe eröffnet Einsatzmöglichkeiten für Wärmepumpen,

bei denen herkömmliche Kompressionswärmepumpen oft nicht mehr wirtschaftlich betrieben

werden können. Innerhalb der Rotationswärmepumpe (oder auch Rotation Heat Pump)

strömt ein links laufender Joule Prozess, bei dem Verdichtung und Expansion mit mehr als

99% Wirkungsgrad umgesetzt werden. Es wird innerhalb der Maschine eine relativ große

Leistung (in der Größenordnung der Wärmeleistung) zwischen Expansion und Verdichtung

transportiert, weshalb die wirtschaftliche Anwendung dieser Art einer Wärmepumpe, erst

durch diese hocheffiziente Umsetzung eröffnet wird. Dadurch ist nun ein neuer

Wärmepumpenprozess für die Anwendung in der Industrie verfügbar, der eine effizientere

Umsetzung ermöglicht.

Keywords: Rotationswärmepumpe, Industrie, Hochtemperaturwärmepumpe, Ecop

Einleitung

Wärmepumpen werden seit geraumer Zeit als Raumheizung eingesetzt. Durch größere

Heizflächen(Fußboden, Wandheizung) wurden die Vorlauftemperaturen verringert und somit

für den Einsatz von Wärmepumpen interessant. Wesentlich für eine ökonomische

Anwendung einer herkömmlichen Wärmepumpe ist eine geringe Temperaturdifferenz

zwischen Quelle und Senke (physikalische Ursache) aber auch ein geringes

Temperaturniveau welches bisher durch das Kältemittel vorgegeben ist. In der Industrie wird

Wärme nicht nur zum Heizen der Räumlichkeiten benötigt, sondern auch für unterschiedliche

Prozesse, welche oftmals höhere Temperaturen benötigen. Für diesen Anwendungsbereich

ist eine herkömmliche Kompressionswärmepumpe nicht effizient verwendbar. Für diesen

Bereich hat ECOP die Rotation-Heat-Pump (RHP) entwickelt, welche einerseits die hohen

Temperaturen (bis 150°C) als auch die notwendige Charakteristik bei der Wärmeübertragung

bietet. Das breite universelle Anwendungsgebiet liegt in dem, innerhalb der Rotation Heat

Pump umgesetzten, links laufenden Joule Prozess begründet. Dieser Prozess wird bisher

rechtslaufend in Gasturbinen oder Flugzeugtriebwerken angewendet.

Funktionsweise

Wie bereits erwähnt handelt es sich bei dem Kreisprozess um einen linksläufigen Joule

Prozess oder auch Brayton Prozess genannt, welcher vereinfacht bei der RHP innerhalb

eines Rotors in fünf einzelne Prozessschritte unterteilt werden kann.

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Abbildung 1: Rotationswärmepumpe mit den einzelnen Prozesspunkten

1 Prozessabschnitte

Die einzelnen Schritte des Kreisprozesses werden in Abbildung 1 innerhalb des Rotors

sowie in Abbildung 2 in unterschiedlichen Diagrammen dargestellt. Der Prozess besteht

vereinfacht durch zwei isobare und zwei isentrope Zustandsänderungen, und kann mit jedem

beliebigen Gas als Arbeitsmittel umgesetzt werden. Es kann im Gegensatz zum

herkömmlichen 2-Phasenprozess der Joule Prozess unabhängig vom Arbeitsmedium in allen

Temperatur und Druckbereichen betrieben werden.

Abbildung 2: RHP Prozess in unterschiedlichen Diagrammen

1.1 Schritt 1

1 nach 2: In diesem Prozessschritt wird das Arbeitsmedium (Kältemittel) annähernd isentrop

(reibungsfrei und adiabat) verdichtet. Durch diese Verdichtung steigen der Druck und die

Temperatur des Arbeitsmediums auf ein höheres Niveau (um 30 bis 60K bei der RHP von

ECOP). Für diese Verdichtung ist Exergie notwendig, welche über Wellenleistung

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bewerkstelligt wird. Diese Verdichtungsleistung ist im Vergleich zu einer

Kompressionswärmepumpe um den Faktor 5 bis 15 mal größer als bei herkömmlichen

Kompressionswärmepumpen mit gleicher Wärmeabgabe. Diese Leistung muss jedoch nicht

in Form von Exergie (z.B. elektrischen Strom) bereitgestellt werden.

1.2 Schritt 2

2 nach 3: Durch das nun vorliegende höhere Temperaturniveau kann dem Arbeitsmedium

Wärmeleistung entzogen werden. Dieser Wärmestrom kann der Betreiber der Anlage für

seine Anwendung nutzen. Durch das Entziehen des Wärmestroms kühlt sich das

Arbeitsmedium (15 bis 40K) ab.

1.3 Schritt 3

3 nach 4: In diesem Schritt expandiert das Arbeitsmedium auf ein niedriges

Temperaturniveau und gibt dabei Leistung ab. Die Temperatur um die das Kältemittel

abkühlt wird, liegt etwa in der Größe, aber etwas darunter, wie es bei der Verdichtung im

Schritt 1 erwärmt wurde. Dies ist erklärbar mit der Divergenz der Isobaren (vgl. 1.6). Mit der

frei werdenden Leistung wird über die Welle die gesamte Leistung der Verdichtung von 1

nach 2 bereitgestellt.

1.4 Schritt 4

4 nach 5: In diesem Schritt wird dem Arbeitsmedium Wärme zugefügt. Diese Wärmeleistung

muss von einer Wärmequelle bzw. als "Wärmeabfall" wie bei anderen

Wärmepumpprozessen vorhanden sein.

1.5 Schritt 5

5 nach 1: Hauptsächlich durch die Divergenz der Isobaren, und zu einem kleinen Teil durch

den Reibungsverlust welcher sich als Druckverslust des Arbeitsmediums äußert, muss in

diesem Schritt, das Arbeitsmittel durch eine weitere Verdichtung, Leistung in Form von

Kompressionsleistung zugefügt werden. Die Temperaturerhöhung durch diese Verdichtung

ist in etwa um den Faktor 10 geringer, als bei der Hauptverdichtung von 1 nach 2. Zum

größten Teil ist dies auf die Divergenz der Isobaren zurückzuführen und zum anderen Teil

durch die Reibungsverluste der Strömung während des Kreislaufes.

1.6 Divergenz der Isobaren

Die Divergenz der Isobaren hat zur Folge, dass ein Gas, welches bei einem gleichen

Ausgangsdruck auf den gleichen Enddruck expandiert, bei einer höheren Starttemperatur

mehr Energie freisetzt als ein Gas bei einer niedrigeren Starttemperatur. Dies ist eine

physikalische Eigenschaft die bei allen Gasen auftritt.

2 Analogie zur Gasturbine

Eine Gasturbine welche auch in Flugzeugen verwendet wird, hat im Wesentlichen die

gleichen Schritte mit folgenden Unterschieden. Die Gasturbine beginnt mit Schritt 3, gefolgt

von Schritt 2 und endet nach dem Schritt 1. Somit ist der Prozess rechts drehend und offen.

Durch die andere Richtung laufen die Vorgänge umgekehrt ab, d.h. im Schritt 2 wird dem

Arbeitsmedium nicht Wärme entzogen sondern mittels Verbrennung Wärmeleistung

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zugeführt. Durch die bereits erklärte Divergenz der Isobaren wird bei der Verdichtung von 4

nach 3 weniger Leistung benötigt als bei der Expansion von 2 nach 1 frei wird. Diese

freiwerdende Leistung kann als Schubleistung genutzt werden.

3 Analogie zur Kompressionswärmepumpe

Die Ähnlichkeiten zu einer Kompressionswärmepumpe sind, dass nach einer Verdichtung,

die Wärmeabfuhr erfolgt, gefolgt von einer Expansion und der anschließenden Wärmezufuhr.

Ein großes Unterscheidungsmerkmal ist, dass das Kältemittel zwischen gasförmigen und

flüssigen Aggregatszustand bei der Wärmezu- bzw. abfuhr wechselt und die freiwerdende

Leistung der Expansion nicht genutzt wird. Bei praktisch allen Kältemitteln erfolgt das

Verdampfen bzw. das Kondensieren bei gleicher Temperatur, vorausgesetzt der Druck bleibt

dabei gleich, was in den meisten Fällen als Annäherung gilt. Dies hat zum einen die

Eigenschaft, dass die Leistung für die Verdichtung des Arbeitsmediums im Vergleich des

gesamten Wärmestromes geringer ist als beim Joule Prozess und die Temperatur des

Arbeitsmediums beim Wärmeaustausch über weite Teile konstant bleibt. Ob das Zweite ein

Vor- oder. Nachteile ist hängt im Wesentlichen von der Anwendung ab. Ganz wesentlich

allerdings ist, dass ein Prozess bei einem tieferen Temperaturniveau sich stärker verändert

als bei einem höheren Temperaturniveau und somit eine andere Leistungsziffer mit sich

bringt (siehe Abbildung 3). Dadurch sind dem jeweiligen verwendeten Kältemittel Grenzen

gesetzt. Viele Kältemittel haben als obere nutzbare Einsatzgrenze eine Temperatur von

90°C.

4 Leistungsziffer

Die Leistungsziffer auch COP (Coefficient of Perfomance) ist bei Wärmepumpen jener Faktor

um die die genutzte Wärmeleistung größer ist als der elektrisch aufgewandte Input.

Abbildung 3: Schranken von Kompressionswärmepumpe durch Kältemittel

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Vorteile der RHP

Im Wesentlichen ergeben sich beim der RHP durch den Joule Prozess zwei wesentliche

Vorteile.

1 Flexibilität des Temperaturniveaus

Da sich die Eigenschaften des Arbeitsmediums welches in der RHP verwendet wird, mit der

Temperatur qualitativ nicht ändert, funktioniert der Prozess mit ein und derselben Maschine

zwischen -20°C und 150°C und darüber hinaus (siehe Abbildung 4), vorausgesetzt die

Temperaturspreizung bleibt gleich.

Abbildung 4: Flexibilität bei einem Joule Prozess ist Temperatur und Druck ist entkoppelt

2 Besserer COP durch gleitender Temperatur beim Wärmeaustausch

Ein weiter wesentlicher Vorteil der RHP liegt darin, dass der Wärmeaustausch unter

gleitender Temperaturänderung erfolgt. Bei vielen Prozessen in denen Wärme bei höheren

Temperaturen benötigt wird, findet bei dem Wärmeträgermedium kein Phasenwechsel statt,

wodurch bei einem Wärmestrom eine Temperaturänderung stattfindet. Haben beide Medien

(Kältemittel und Wärmeträgermedium) einen gleitenden Temperaturverlauf, kann bei einem

Gleichgewicht der Wärmekapazitätmassenströme, die Temperaturdifferenz zwischen den

zwei Medien gleich bleiben (vgl. Abbildung 5). Unter dem Wärmekapazitätsmassenstrom

wird das Produkt von Massenstrom ( m ) und der spezifischen Wärmekapazität (cp) des

Mediums verstanden. In der Abbildung 5 ist die Temperatur über der Wärmetauscherlänge

aufgetragen, bei dem die zwei Medien im Gegenstromprinzip die Wärme tauschen. Medium

1 (rot obere Linie) kühlt sich ab, während es das Medium 2(blau untere Linie) erwärmt.

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Abbildung 5: Wärmeaustausch bei gleitender Temperatur

Würde der Massenstrom nur des roten Mediums immer weiter erhöht werden, würde die

Aufwärmkurve flacher werden. Bei einem theoretisch unendlich großen Massenstrom des

roten Mediums wäre der Verlauf schließlich horizontal wie in Abbildung 6. Dies ist zugleich

auch der Verlauf, wenn anstelle eines Ein-Phasen Mediums ein Medium verwendet wird,

welches bei gleich bleibenden Druck und Temperatur kondensiert und dabei das blaue

Medium erwärmt.

Abbildung 6: Wärmeaustausch mit einem Medium bei einem Phasenwechsel

Um einen Kreisprozess zu optimieren, ist eine Möglichkeit, die auftretenden Exergieverluste

der einzelnen Schritte zu betrachten. Der Exergieverlust bei einem Wärmestrom lässt sich

errechnen durch

21 VVV EEE Änderung der Exergie des Systems durch Wärmeaustausch

11211

11 )

2

1()1( QTT

TQ

T

TE u

m

uV

Exergieänderung Medium rot ( 1Q <0 1VE <0)

22221

22 )

2

1()1( QTT

TQ

T

TE u

m

uV

Exergieänderung Medium blau ( 2Q <0 2VE <0)

21 QQ

E.

v ... Exergieänderung des Wärmeaustausches (E.

v<0 weil T11+T12>T21+T22)

T

L

95 C

70 C

98 C

T

L

95 C

70 C

98 C

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Tu... Umgebungstemperatur (oft mit 20°C festgelegt)

Txy... x seht für das Medium (1 ist das rote Medium im Diagramm, 2 das blaue)

y steht für den Ein(1) bzw. Austritt(2) des Mediums

Diese Gleichungen zeigen, dass der gesamte Exergieverlust eines Wärmeaustausches

geringer wird, wenn die Temperaturverläufe der beiden Medien möglichst nah beieinander

liegen, bzw. die Fläche zwischen den zwei Linien möglichst klein ist. Dies lässt sich

bewerkstelligen, wenn der gleitende Temperaturverlauf eines Wärmeträgers auch im

Arbeitsmittel realisiert wird. Vor allem durch diesen Effekt erreicht die RHP – welche einen

Joule Prozess umsetzt (Abbildung 2) - im Vergleich zu einem 2-Phasenprozess (Abbildung

3) bei derartigen Anwendungen real einen 100% höheren COP.

Theoretische Umsetzung

Die wichtigste Voraussetzung um einen Joule Prozess umzusetzen, ist die Verdichtung (1.1)

und Expansion (1.3) möglichst effizient zu realisieren. Diese Prozessschritte werden bei der

RHP bereits in voll funktionsfähiger Maschine mit einer Effizienz größer 99% gemessen.

1 Verdichtung durch Rotation

Bei herkömmlichen Radial- oder Axialverdichter, wird das Gas auf eine hohe

Geschwindigkeit gebracht und im Anschluss die Geschwindigkeit in Druck umgewandelt.

Diese hohe Geschwindigkeit führt zu hohen Reibungsverlusten, weshalb üblicherweise

Wirkungsgrade von ca. 80% realisiert werden können. Maßgeblich für die Verluste sind die

relativen Geschwindigkeiten zwischen Gas und der umgebenen Wand. Diese physikalische

Gesetzmäßigkeit wird bei der RHP ausgenutzt, da innerhalb der Rotationswärmpumpe zwar

hohe absolute Geschwindigkeiten herrschen, jedoch das Arbeitsmedium zur Wand nur sehr

geringe aufweist, da alle gasführenden Bauteile (wie z.B. die Wärmetauscher) mit derselben

Drehzahl rotieren.

Bei der RHP erfolgt die Verdichtung durch das Prinzip wie bei einem hydrostatischen

Druckaufbau (siehe Abbildung 7).

Auf der Erde nimmt in der Luft, aber auch im Wasser der Druck über der Tiefe zu. Wird eine

konstante Dichte in Abhängigkeit des Druckes angenommen (Medium wird als

inkompressibel angesehen z.B. Wasser), nimmt der Druck mit der Tiefe in einem See linear

zu (vgl. Gleichung 1). Auf diese Art erfolgt ein Druckaufbau, ohne dass sich das Medium

vorher bewegen muss und dadurch Reibverluste verursacht. Diese Idee weitergedacht, kann

in einem Modell wie in Abbildung 7 mit einem minimalen aufgebrachten Druck auf der einen

Seite, beide Wassersäulen in Bewegung gebracht werden. Verbindet man die oberen Enden,

ergibt sich ein Kreisprozess bei dem der Druck zu und wieder abnimmt.

p=ρ.g.h gilt bei konstantem ρ (Gleichung 1)

p... Druck

ρ... Dichte

g... Erdbeschleunigung

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h... Tiefe

Da eine Verdichtung nach diesen Prinzip lediglich die drei Parameter zum Variieren anbietet

(g,h und ρ) und unsere Forderung jedoch folgende sind,

die Maschine muss auf der Erde in Betrieb genommen werden,

die Maschine soll in einer Firmenhalle Platz finden,

und auch die Dichte bei den unterschiedlichsten Kältemittel kann nicht beliebig erhöht

werden, muss die Druckerhöhung in einem rotierenden System erfolgen (siehe Abbildung 8).

Abbildung 7:hydrostatischer Druckverlauf

Abbildung 8: Druckaufbau in einem rotierenden System

2 rmFZ ... radial wirkende Kraft (Zentrifugalkraft) auf einen Körper wirkend wenn sich

dieser in einem rotierenden System befindet

dmrdFZ 2

drrdp 2 Druckänderung bei gleich bleibendem Querschnitt

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daraus resultiert der Druckverlauf eines inkompressiblen Mediums wie z.B. Wasser in einem

rotierenden System nach

0

22

2)( p

rrp

(Gleichung 2)

Die zusätzliche Verdichtung welcher unter 1.5 beschrieben wird, ist somit notwendig den

Prozess aufrecht halten zu können. Gleichung 2 zeigt, dass der Durchmesser sowie die

Drehzahl für den erzeugten Druck gleichviel beitragen. Handelt es sich bei dem

Arbeitsmedium um ein Gas, gilt die Vereinfachung mit konstanter Dichte in Abhängigkeit des

Druckes nicht mehr. Dies hat aber auch zur Folge, dass sich ein kompressibles Medium

durch die Rotation verdichtet und sich gleichzeitig erwärmt. Ein inkompressibles Medium

ändert durch die Verdichtung kaum die Temperatur. Es bietet sich somit an, dass es sich bei

dem Arbeitsmedium um ein Gas handelt und für den Zu- und Abtransport der Wärme ein

inkompressibles Medium verwendet wird. Mit dieser reibungsarmen Verdichtung des Gases

durch den hydrostatischen Druckaufbau ist es möglich, dass Leistung für die Verdichtung

von der Expansion des Gases bereitgestellt wird. Um diesen Einfluss zu verdeutlichen wird

der Kreislauf mit den Daten wie in Abbildung 9 dargestellt, durchgerechnet. Für diese

Berechnung werden jegliche andere Verluste außer Acht gelassen, da es nur um den

starken Einfluss des Verdichtungswirkungsgrades geht. Für dieses Berechnungsbeispiel

wurde Argon als Arbeitsmittel verwendet. Aus den angenommenen Rahmenbedingungen

ergeben sich für den idealisierten Prozess die Stoffwerte[1] welche in Tabelle 1 zu finden

sind.

Tabelle 1: Stoffwerte von Argon

Argon Temperatur

T in °C

Druck

p in bar

spez. Entropie

s in kJ/(kg K)

spez. Enthalpie

h in kJ/kg

1 94,4 46,900 3,1699 185,53

2 128 58,345 3,1699 202,97

3 103 58,345 3,1340 189,03

4 69,2 46,135 3,1340 171,59

5 92 46,135 3,1699 184,29

Bei diesem idealisierten Kreislauf ist angenommen, dass es zu keinen Reibungsverlusten

innerhalb des Gases bei der Verdichtung und Expansion kommt.

Wird ein Verdichtungswirkungsgrad von 80% angesetzt, verändert sich die Leistungsziffer

des gesamten Prozesses von 10,3 auf 2,34. Die Abnahme des Verdichtungswirkungsrades

geht daher überproportional in die Leistungsziffer ein.

Setzt man nun jedoch 99% Verdichtungswirkungsgrad an, so sinkt die Leistungszahl des

gesamten Prozesses nur noch von 10,3 auf 9,09. Daher ist es für den Joule Prozess –

eingesetzt für Wärmepumpen – essentiell die Verdichtung mit einem hohen Wirkungsgrad

umzusetzen.

Die Werte für diese zwei Kreislaufzustände sind in der Tabelle 2 dargestellt.

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Abbildung 9: Darstellung des Joule-Prozesses der Werte aus Tabelle 1

Tabelle 2 Einfluss Verdichtungswirkungsgrad auf COP

Wärmeabgabe 1MW Wirkungsgrad

Verdichter 100%

Wirkungsgrad

Verdichter 80%

Wirkungsgrad

Verdichter 99%

P.

Verdichtung in kW 1319 1649 1332

P.

Expansion in kW 1222 1222 1222

Nettoleistung in kW 97 427 110

Leistungsziffer 10,3 2,34 9,09

Die bereits angesprochene Flexibilität des Joule Prozesses wird in Tabelle 3 sichtbar. Durch die Änderung der Temperaturen von Senke und Quelle kommt es beim 2-phasen Prozess mit NH3 als Kältemittel zu deutlichen Änderungen in den einzelnen Kategorien. Besonders auffällig ist der Anstieg des Druckes welcher beim Joule Prozess beinahe unverändert bleibt.

1

2

3

4

T

s

sink.out=125°C

source.in=95°C

Source.out=73°C

sink.in=100°C

5

128°C

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Tabelle 3 Auswirkung auf COP bei veränderten Rahmenbedingungen

2-phasen Prozess -

NH3

Senke 70/95 in °C

Quelle 65/43 in °C

Senke 100/125 in °C

Quelle 95/73 in °C

Änderung in %

m in kg/s 0,9 1,13 25

V in m³/s 0,0708 0,0407 42,5

pmax in bar 54,402 91,95 69

ÜberhitzerQ in kW 191,8 304,2 58,6

rKondensatoQ in kW 702,4 533,5 24

rUnterkühleQ in kW 105,8 162,3 53,4

Druckverhältnis 3,31 2,651 19,9

Joule Prozess mit

Argon

Senke 70/95 in °C

Quelle 65/43 in °C

Senke 100/125 in °C

Quelle 95/73 in °C

Änderung in %

m in kg/s 71,07 71,74 0,9

V in m³/s 1,16 1,175 1,2

pmax in bar 54,402 59,141 8,7

Q in kW 1000 1000 0

Druckverhältnis 1,290 1,265 1,9

Praktische Umsetzung und Ausblick

Es konnte bereits die hohe benötigte Effizienz für die Verdichtung innerhalb der RHP

gemessen werden und wurde bereits im Zuge eines VDI Forums gemeinsam mit der TU-

Wien publiziert [2]. Aktuell wird das erste Produkt „Rotation Heat Pump K7“ mit einer

Wärmenennleistung von 700kW gebaut, und soll noch in diesem Jahr an einem realen

Standort implementiert werden (siehe Abbildung 10). Es wird aktuell eine Serienproduktion

aufgebaut und ab 2017 wird dieses Produkt frei am Markt verfügbar sein.

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Abbildung 10: links eine Testanlage sowie das erste Produkt „Rotation Heat Pump K7“

Diese Maschinen können überall da eingesetzt werden, wo herkömmliche Wärmepumpen

aufgrund der hohen Temperatur nicht verwendet werden können, oder wo aufgrund der

hohen Temperaturunterschiede zwischen Ein und Ausgang der Wärmetauscher, der

klassische 2-Phasenprozess aufgrund der nicht vorhandenen sensiblen

Temperaturcharakteristik weniger effizient umgesetzt werden kann. Bei Anwendungen mit

stark schwankenden Temperaturen in der Wärmequelle und oder Senke, gegeben durch die

Jahreszeiten (z.B. Sommer Winter), kann die RHP problemlos mit hoher Effizienz eingesetzt

werden.

Wir danken unseren Unterstützern, dabei besonders unsere Investoren: Hrn. DI Papst, Hrn.

Prof. Mirow, FSP Beteiligungsmanagement GmbH sowie dem Oberösterreichischer

Hightechfond und den unterstützenden Förderstellen, insbesondere die FFG und das ZIT.

Literatur:

[1] Nist: http://webbook.nist.gov/chemistry, fluid database, Homepage of National Institute of

Standards and Technology (NIST), 27.01.2014

[2] B.Adler, S.Riepl - ECOP Technologies GmbH, Prof. Ponweiser – TU Wien, VDI-Forum 2015:

Großwärmepumpen: Projekte, Erfahrungen und Perspektiven, „ECOP industrielle Wärmepumpe mit

Edelgaskreislauf bis 150 C“, 16.04.2015, Linz

[3] B.Adler, S.Riepl – ECOP Technologies GmbH, 11th IEA Heat Pump Conference, „HEAT PUMP

FOR PROCESS INDUSTRY“, May 12-16 2014, Montréal (Québec) Canada